KR102245562B1 - 텍스타일 기재 상의 나노 섬유의 직접적 피착 - Google Patents

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Abstract

복합 텍스타일 페브릭의 제조 방법이 제공된다. 이 방법은 텍스타일 상에 미세 섬유를 동시에 형성 및 피착시키는 단계를 포함한다. 텍스타일은 직조된 페브릭, 편조된 페브릭 및 양모 페브릭 중 적어도 하나이다. 미세 섬유는 1.2㎛ 미만의 평균 직경을 갖는다. 이 방법은 또한 미세 섬유를 결합시켜 텍스타일 상에 멤브레인 층을 형성하는 단계를 포함한다.

Description

텍스타일 기재 상의 나노 섬유의 직접적 피착
본 발명은 일반적으로 텍스타일 층 및 멤브레인 층을 갖는 복합 텍스타일 페브릭을 제조하는 방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 미세 섬유가 결합되어 멤브레인 층을 생성하도록 텍스타일 층 상에 미세 섬유를 동시에 형성 및 피착시키는 방법에 관한 것이다.
섬유를 기재 상에 피착시키는 방법이 공지되어 있다. 예시적인 개시내용은 미국 공개 번호 2011/0210060, 2011/0114554 및 2009/0266759; WIPO 공개 번호 WO 2011/106537; 및 미국 특허 번호 7,618,702 및 8,172,092를 포함한다. 이들 전체 개시내용은 본 명세서에 참조로서 통합된다.
또한, 나노 섬유를 제조하는 방법 및 장치는 "포스스피닝(forcespinning)"에 의해서도 공지되어 있다. 예시적인 개시내용은 미국 공개 번호 2016/0083867, 2016/0069000, 2015/0013141, 2014/0339717, 2014/0217629, 2014/0217628, 2014/0159262, 2014/0042651, 2014/035179, 2014/0035178, 2014/0035177, 2012/0295021 및 2012/0294966 및 미국 특허 제9,181,635; 8,778,240; 8,709,309; 8,647,541; 및 8,647,540을 포함한다. 이들 전체 개시내용은 본 명세서에 참조로서 통합된다. 이와 같이, 이러한 참조 문헌에 개시된 포스스피닝, 방사구(spinneret), 재료 및 방법은 그러한 포스스피닝 시스템에 대한 개선 및 새로운 용도를 제공하는 본 발명의 실시예에서의 사용에 바람직하다.
이하의 요약의 개별 단락에서 아래에 설명되는 발명의 양태 및 실시예는 독립적으로 또는 서로 조합되어 사용될 수 있다.
일 양태에서, 복합 텍스타일 페브릭을 제조하는 방법이 제공된다. 이 방법은 텍스타일 상에 미세 섬유를 동시에 형성 및 피착시키는 단계를 포함한다. 텍스타일은 직조된 페브릭, 편조된 페브릭 및 양모 페브릭(fleece fabric) 중 적어도 하나일 수 있다. 또한, 미세 섬유는 1.2㎛ 미만의 평균 직경을 가질 수 있다. 방법은 또한 미세 섬유를 결합시켜 텍스타일 상에 멤브레인 층을 형성하는 단계를 포함한다.
또한, 복합 텍스타일 페브릭의 멤브레인 층은 ISO 811에 의해 측정된 적어도 2.5 m W.C.의 내수성을 텍스타일에 제공할 수 있다.
또한, 일부 실시예에서, 멤브레인 층은 ASTM D737에 의해 측정된 0.5" W.C.에서 적어도 0.2 CFM/ft2의 투과도를 텍스타일에 제공한다.
다른 실시예에서, 복합 텍스타일 페브릭은 5" 미만의 드레이프(외팔보 강성도 시험에 따라 측정됨)를 갖는다.
이러한 실시예에서, 멤브레인 층은 바람직하게는 0.1 내지 5㎛의 평균 공극 크기 직경을 갖는다.
특정 실시예에서, 미세 섬유는 바람직하게는 5 내지 50g/㎡의 평량 커버리지를 갖는다.
또 다른 실시예에서, 방법은 방사구를 적어도 2500 rpm의 속도로 회전시키면서 적어도 하나의 방사구에서 오리피스를 통해 액체 폴리머를 원심 배출하여 미세 섬유를 포스-스피닝하는 단계를 포함할 수 있다. 액체 폴리머는 폴리머 용융물, 폴리머 용액 또는 이들 모두 중 어느 것이든 포함할 수 있다. 방법은 원심력을 통해 미세 섬유의 섬유 직경을 연조(drawing down)하는 단계를 더 포함할 수 있다. 가장 바람직하게는, 연조는 전자방사력(electrospinning force)이 없는 상태에서 이루어진다.
추가적인 실시예에서, 이 방법은 복수의 스테이션을 통해 텍스타일의 연장물을 반송하도록 구성된 반송 기구를 갖는 제조 라인 상에서 이 방법을 수행하는 추가 단계를 포함한다. 스테이션은 텍스타일의 교체 가능한 롤을 갖는 풀림기를 갖는 풀림 스테이션을 포함한다. 스테이션은 또한 적어도 하나의 방사구를 갖는 미세 섬유 피착 스테이션과 복합 텍스타일 페브릭의 롤을 권취하기 위한 재권취 스테이션을 포함한다. 이 방법은 또한 풀림 스테이션으로부터 피착 스테이션을 통해 텍스타일을 순차적으로 재권취 스테이션으로 반송하는 단계를 포함한다.
일부 제조 라인은 캘린더 롤 및 가열 오븐 중 적어도 하나를 갖는 결합 스테이션을 더 포함할 수 있다. 이러한 실시예에서, 결합 스테이션은 바람직하게는 피착 스테이션의 하류 및 재권취 스테이션의 상류에 있다.
다른 제조 라인은 핫 멜트, 접착제 및 저융점 성분 섬유 중 적어도 하나를 피착 또는 인쇄하기 위한 결합제 피착 스테이션을 포함할 수 있다. 결합제 피착 스테이션은 바람직하게는 풀림 스테이션의 하류 및 미세 섬유 피착 스테이션의 상류에 있다.
바람직한 실시예에서, 미세 섬유는 열가소성 폴리우레탄, 폴리테트라플루오로에틸렌, 폴리비닐리덴 플루오라이드 및 다른 플루오로폴리머로 이루어진 그룹으로부터 선택된다.
그럼에도 불구하고, 미세 섬유는 또한 폴리에스테르, 폴리아미드(예를 들어, 폴리아미드 6 또는 폴리아미드 6,6), 폴리페닐렌 설파이드, 폴리올레핀, 플루오로엘라스토머, 폴리이미드 및 폴리아라미드로 이루어진 그룹으로부터 선택될 수 있다.
일부 실시예에서, 내수성을 향상시키기 위해, 복합 텍스타일 페브릭은 소수성 처리, 소유성 처리 또는 둘 모두를 경험한다.
결합제 섬유가 텍스타일 상에 동시에 형성 및 피착되는 복합 텍스타일 페브릭의 제조 방법의 다른 실시예에서, 이 방법은 텍스타일에 대한 미세 섬유의 소결 또는 용융 결합 접착을 용이하게 하기 위해 피착 이후의 가열 단계를 또한 포함한다.
청구항 15의 방법이며, 결합제 섬유는 고융점 성분 및 저융점 성분을 갖는 다중-성분 섬유이고, 고융점 성분은 저융점 성분의 용융 온도보다 적어도 10℃ 높은 용융 온도를 갖다.
결합제 섬유를 사용하는 실시예에서, 바람직하게는 결합제 섬유는 코-폴리에스테르, 코-폴리아미드, 폴리올레핀, 열가소성 폴리우레탄 및 플루오로폴리머로 이루어진 그룹으로부터 선택된다.
또한, 결합제 섬유는 바람직하게는 100 내지 300℃의 용융 온도를 갖는 저융점 폴리머이다.
또한, 결합제 섬유는 평균 직경이 10㎛ 미만인 것이 바람직하다.
특정 복합 텍스타일 페브릭에서, 바람직하게는, 미세 섬유는 5 내지 50g/㎡의 평량 커버리지를 가지며, 결합제 섬유는 4 내지 40g/㎡의 평량 커버리지를 갖는다.
복합 텍스타일 페브릭의 일부 실시예에서, 미세 섬유 및 결합제 섬유는 멤브레인 층을 형성한다. 중량 백분율에 기초하여, 미세 섬유는 바람직하게는 멤브레인 층의 65% 내지 90%를 포함하고, 결합제 섬유는 바람직하게는 멤브레인 층의 10% 내지 35%를 포함한다.
바람직하게는, 결합제 섬유는 미세 섬유를 피착시키기 전에 텍스타일 상에 적어도 부분적으로 먼저 피착된다. 이는 텍스타일에 대한 멤브레인 층의 보다 양호한 부착을 용이하게 할 수 있다.
미세 섬유를 텍스타일에 결합시키기 위해, 본 방법의 결합 단계는 열적 결합 단계를 포함할 수 있으며, 여기서, 접착을 용이하게 하기 위해 결합제 섬유는 적어도 부분적으로 용융되거나 유리 전이점 부근에 도달하도록 가열된다.
열적 결합은 오븐을 사용하여 수행할 수 있다.
열적 결합 단계는 또한 고온 캘린더링 롤을 사용하여 수행될 수 있다.
다른 양태에서, 텍스타일은 고융점 성분 및 저융점 성분을 포함하는 다수의 폴리머를 포함한다. 이러한 실시예에서, 고융점 성분은 바람직하게는 저융점 성분의 용융 온도보다 적어도 10℃ 높은 용융 온도를 갖는다.
또 다른 양태에서, 결합 단계는 열적 결합 단계를 포함하며, 여기서 접착을 용이하게 하기 위해 저융점 성분은 적어도 부분적으로 용융되거나 유리 전이점 부근에 도달하도록 가열된다.
이전의 실시예에서와 같이, 열적 결합은 오븐을 사용하여 수행될 수 있다.
이전의 실시예에서와 같이, 열적 결합 단계는 고온 캘린더링 롤을 사용하여 수행될 수 있다.
특정 실시예에서, 방법은 또한 미세 섬유의 형성 및 피착 전에 텍스타일 상에 접착제 또는 핫 멜트를 피착시키는 단계를 포함할 수 있다.
이러한 실시예에서, 상기 접착제의 피착은 미세 섬유가 동시에 형성 및 피착되는 제2 방사구의 상류에 있는 제1 방사구를 사용하여 수행될 수 있다
또한 이러한 실시예에서, 접착제를 피착시키는 단계는 텍스타일 페브릭 복합체의 통기성을 개선하기 위해 텍스타일의 면의 10% 내지 30%를 덮는 접착제 부착 위치를 형성하고 텍스타일의 면의 나머지를 접착제 없이 남겨두는 단계를 포함할 수 있다.
접착제 피착은 그라비어 롤을 사용하여 텍스타일 상에 2 내지 20g/㎡의 접착제를 인쇄함으로써 달성될 수 있다.
바람직하게는, 복합 텍스타일 페브릭의 멤브레인 층은 0.001 내지 0.01"의 캘리퍼 두께를 갖는다.
복합 텍스타일 페브릭의 형성에 앞서, 텍스타일은 바람직하게는 다음의 특성을 갖는다: 0.004 내지 0.10"의 캘리퍼 두께; 10 내지 500 데니어의 얀 크기; 적어도 8,000 g/㎡/d(ISO 15496에 따라 측정됨)의 수증기 투과율; 0.5" W.C.에서 적어도 2 CFM/ft2의 공기 투과도(ASTM D737에 따라 측정됨); 적어도 20 세척 사이클의 세탁성; 및 2"의 드레이프(외팔보 강성도 시험에 따라 측정됨).
멤브레인 피착 및 결합 후에, 텍스타일 복합체는 바람직하게는 다음 특성을 갖는다: 0.005 내지 0.110"의 캘리퍼 두께; 적어도 4,000 g/㎡/d(ISO 15496에 따라 측정됨)의 수증기 투과율; 0.1 내지 5㎛의 평균 공극 크기; 0.5" W.C.에서 적어도 0.05 CFM/ft2의 공기 투과도 (ASTM D737에 따라 측정됨); 적어도 20 세척 사이클의 세탁성; 및 적어도 5"의 드레이프(외팔보 강성도 시험에 따라 측정됨).
또한, 텍스타일 복합체는 멤브레인 층 및 텍스타일에 결합된 보호 층을 더 포함할 수 있다.
일부 실시예에서, 보호 층은 직조된 페브릭, 편조된 페브릭 및 양모 페브릭 중 적어도 하나와 같은 제2 텍스타일이다.
제조 라인의 실시예에서, 제2 풀림 스테이션은 보호 층의 롤을 보유하도록 제공될 수 있다. 풀림 스테이션은 피착 스테이션의 하류 및 결합 스테이션의 상류에 위치될 수 있다.
일 실시예에서, 복합 텍스타일 페브릭은 적어도 하나의 의류 제품으로 형성된다.
이러한 실시예에서, 멤브레인 층은 바람직하게는 안감(liner) 재료, 단열 솜(insulating batting) 및/또는 적층된 보호 층 중 적어도 하나에 의해 덮인다.
본 발명의 다른 양태, 목적 및 이점은 첨부 도면과 함께 이하의 상세한 설명으로부터 더욱 명백해질 것이다.
본 명세서에 통합되어 명세서의 일부를 형성하는 첨부 도면은 본 발명의 여러 양태를 예시하고, 상세한 설명과 함께 본 발명의 원리를 설명하는 역할을 한다.
도 1a는 본 발명의 복합 텍스타일 페브릭의 개략적인 단면도(축척에 따르지 않음)이다.
또한, 도 1b 내지 도 1d는 본 발명에 따른 복합 텍스타일 페브릭의 대안 실시예의 개략적인 단면(축척에 따르지 않음)을 도시한다.
도 2는 본 명세서에서 설명된 다양한 스테이션이 선택적으로 도시되어 있는 도 1a 내지 도 1c의 복합 텍스타일 페브릭을 생성하기 위한 반송 기구를 갖는 제조 라인을 도시하는 부분 등각 개략도이다.
도 3은 도 2의 제조 라인 상에서 나노 섬유의 포스스피닝을 위한 방사구를 도시한다.
도 4는 라인을 따라 도시된 다양한 스테이션 및 장치가 선택적인, 도 1a 내지 도 1c의 복합 텍스타일 페브릭을 생성하기 위한 반송 기구를 갖는 다른 제조 라인을 도시하는 개략적 측면도이다.
도 5는 도 1d의 복합 텍스타일 페브릭을 포함하는 의복을 도시한다.
본 발명은 특정 바람직한 실시예와 관련하여 설명될 것이지만, 본 발명을 이 실시예로 제한하고자 하는 것은 아니다. 반대로, 첨부된 청구범위에 의해 한정된 바와 같이 본 발명의 사상 및 범위 내에 포함되는 모든 대안, 수정 및 등가물을 포함하는 것을 의도한다.
도 1a에 도시된 바와 같이, 복합 텍스타일 페브릭(10)이 제공된다. 복합 텍스타일 페브릭(10)은 제1 텍스타일 층(12) 및 멤브레인 층(14)을 포함한다. 도 1b에 도시된 바와 같이, 특정 실시예에서, 복합 텍스타일 페브릭(10)은 보호 층(16)을 더 포함한다. 그러나, 복합 텍스타일 페브릭(10)에는 단일 텍스타일 층(12)만이 제공될 수 있다.
바람직한 실시예에서, 텍스타일 층(12)은 텍스타일 페브릭이고, 즉 텍스타일 층은 의류, 재킷, 장갑 및 기타 웨어러블 품목으로 제조하기 위해 설계된다. 따라서, 텍스타일 층(12)은 바람직하게는 편조된 페브릭, 양모 페브릭 또는 직조된 페브릭이다.
일반적으로, 텍스타일 층(12)은 멤브레인 층(14)과 결합하기 전에 다음의 특성을 가질 것이다. 텍스타일 층은 일반적으로 0.004 내지 0.10 인치의 캘리퍼 두께를 갖는다. 텍스타일은 10 내지 500 d(데니어)의 얀 크기를 가질 것이다. 수증기 투과율(MVTR)은 적어도 8,000 g/㎡/d(ISO 15496에 따라 측정됨)일 것이다. 공기 투과도는 0.5" W.C(inches water column)(ASTM D737에 따라 측정됨)에서 적어도 2 CFM/ft2일 것이다. 또한, 텍스타일은 20 세척 사이클(이후 "세탁성"이라 칭함) 및 2" 미만의 드레이프(외팔보 강성도 시험에 따라 측정됨)가 가능할 것이다.
멤브레인 층(14)은 바람직하게 1.2㎛ 미만의 평균 직경을 갖는 하나 이상의 미세 섬유(18)(도 3에 도시된 바와 같음)로 제조된다. 본 명세서에서 사용될 때, "미세 섬유"는 또한 "성능 섬유"라고도 지칭될 수 있으며, 이는 멤브레인 층(14)의 원하는 성능을 주로 담당하는 섬유를 의미한다. 전형적으로, 미세 섬유(18)는 250 내지 750㎚의 직경을 갖는다. 본 명세서에서 사용될 때, "직경"은 섬유가 원형 단면을 갖는다는 것 또는 섬유가 실질적으로 형상이 원통형이라는 것을 암시하는 것으로 해석되지 않아야 한다. 직경 측정은 섬유 단면의 주사 전자 현미경(SEM) 이미지를 취하여 섬유의 전형적인 섬유 단면을 가로지르는 거리를 측정함으로써 수행된다. 달리 말하면, SEM 이미지에서 보이는 섬유 폭이다.
멤브레인 층(14)은 텍스타일 층(12)에서 분리되어 형성되어 나중에 접합되지 않는다. 대신에, 멤브레인 층(14)의 미세 섬유(18)는 텍스타일 층(12) 상에 동시에 형성 및 피착된다. 미세 섬유(18)는 예컨대 가열 결합 부착을 가능하게 할 수 있는 접착제 또는 저융점 화합물로 텍스타일 층(12)에 결합되어 복합 텍스타일 페브릭(10)을 형성한다.
복합 텍스타일 페브릭(10)은 바람직하게는 방수-통기성을 갖도록 설계된다. 이와 관련하여, 멤브레인 층(14)과 페브릭 층(12)의 조합은 ISO 15496(반전 컵 방법)에 의해 측정된 바와 같이, 적어도 4,000g/㎡/day의 MVTR을 갖는 복합 텍스타일 페브릭(10)을 생성한다.
바람직하게는, 멤브레인 층(14)은 ISO 811에 의해 측정된, 적어도 2.5 m W.C.(meters water column)의 내수성을 복합 텍스타일 페브릭에 제공한다. 보다 바람직하게는, 멤브레인 층은 5 m W.C.의 내수성을 복합 텍스타일 페브릭에 제공하고, 가장 바람직하게는 내수성은 적어도 10 m W.C.이다. 그러나, 특정 실시예에서, 20 m W.C. 이상의 내수성이 가능할 수 있다.
텍스타일(12) 상에 멤브레인 층(14)을 형성한 직후에 내수성이 바람직한 수준일 수도 있고 또는 아닐 수도 있다는 것을 이해하여야 한다. 특정 실시예에서, 내수성의 바람직한 수준은 소수성 처리, 소유성 처리 또는 소수성 및 소유성 처리 모두가 복합 텍스타일 페브릭(10)에 대해 수행된 후에 달성된다.
또한, 바람직한 실시예에서, 복합 텍스타일 페브릭(10)은 ASTM D737에 의해 측정된, 0.5" W.C.(inches water column)에서 적어도 0.05 CFM/ft2(cubic feet per minute per square foot)의 공기 투과도를 갖는다. 보다 바람직한 실시예에서, 복합 텍스타일 페브릭(10)은 0.5" W.C.에서 적어도 2 CFM/ft2의 공기 투과도를 가지며, 가장 바람직한 실시예에서 복합 텍스타일 페브릭은 0.5" W.C.에서 적어도 3 CFM/ft2의 공기 투과도를 갖는다.
더욱이, 멤브레인 층(14)은 0.1 내지 5㎛의 평균 공극 크기 직경을 갖는 것이 바람직하다. 복합 텍스타일 페브릭(10)은 바람직하게는 적어도 20 세척 사이클의 세탁성을 갖는다. 또한, 의복 또는 의류 제품으로 형성된 복합 텍스타일 페브릭(10)의 경우, 복합 텍스타일 페브릭은 5" 미만의 드레이프(외팔보 강성도 시험에 따라 측정됨)를 갖는다.
다양한 적합한 섬유가 전술한 특성을 달성하기 위해 사용되거나 전술한 특성을 달성하도록 처리될 수 있다. 바람직한 실시예에서, 미세 섬유는 폴리테트라플루오로에틸렌 또는 폴리비닐리덴 플루오라이드와 같은 플루오로폴리머이다. 다른 바람직한 실시예에서, 미세 섬유는 열가소성 폴리우레탄이다. 다른 적합한 섬유는 폴리에스테르, 폴리아미드(예를 들어, 폴리아미드 6 또는 폴리아미드 6,6), 폴리페닐렌 설파이드, 폴리올레핀, 플루오로엘라스토머, 폴리이미드 및 폴리아라미드를 포함한다.
바람직한 실시예에서, 미세 섬유(18)는 그 전체 내용 전체가 참조로 본 명세서에 통합되는 미국 특허 번호 8,647,540에 개시된 것 같은 원심 방사 프로세스("포스스피닝"으로도 알려짐)에 의해 제조된다. 포스스피닝은 가장 바람직하며, 원하는 MVTR, 공기 투과도, 다공도, 공극 크기, 세탁성 및 연성도를 달성하는 데 필요한 다공성 구조를 생성하기에 충분한 커버리지, 로프트(loft) 및 두께를 갖는 나노 섬유 필름을 제공하는 것으로 밝혀졌다. 포스스피닝은 전압차의 힘 하에 섬유를 확장시키지 않고 단지 원심력만을 사용하여 소정 크기로 섬유를 연조한다. 정전기력은, 사용되는 경우, 이는 전자방사의 경우에서와 같이 섬유 크기를 연조하는 것이 아니라 단지 섬유의 수집을 위해 피착을 안내하기 위한 것이다(진공이 또한 또는 대안적으로 사용될 수 있음).
텍스타일 층(12) 상에 포스스피닝을 통해 미세 섬유(18)를 형성하고 피착시키는 데 적합한 제조 라인(20)이 도 2에 도시되어 있다. 제조 라인(20)은 텍스타일 층(12)을 풀어내기 위한 풀림 스테이션(24)을 포함하는 반송 기구(22)를 포함한다. 텍스타일 층(12)은 미세 섬유(18)를 제조하기 위한 방사구(28)를 포함하는 피착 스테이션(26) 내로 반송된다. 텍스타일 층(12)이 피착 스테이션을 통해 반송되는 동안, 미세 섬유(18)의 5 내지 50g/㎡(grams per square meter)의 평량이 텍스타일 층(12) 상에 피착된다. 보다 통상적으로, 피착된 미세 섬유(18)의 평량은 10 내지 25g/㎡일 것이다.
도 3은 피착 스테이션(26)의 보다 상세한 개략도를 도시한다. 도 2 및 도 3의 피착 스테이션(26)은 단일 방사구(28)를 도시하지만, 필요한 미세 섬유(18)의 양에 따라 및/또는 피착 스테이션(26)을 통해 반송되는 텍스타일 층(12)의 크기에 따라 및/또는 텍스타일 층(12)이 피착 스테이션(26)을 통해 반송되는 속도에 따라 더 많은 방사구(28)가 피착 스테이션(26)에 포함될 수 있다. 예를 들어, 전형적인 피착 스테이션(26)에서, 2 미터 폭의 텍스타일 층(12)은 2 × 2 형태로 배열된 4개의 방사구(28)를 가질 것이다. 그러나, 방사구(28)는 전형적으로 X, Y, 및 Z 평면에서 이동하여 텍스타일 층에 대한 커버리지 옵션 범위를 제공한다. 각각의 방사구(28)는 미세 섬유(18)가 통과 배출되는 복수의 오리피스(30)를 특징으로 한다. 오리피스(30)는 폴리머 용융물, 폴리머 용액 또는 액체 접착제의 동일한 저장소에 각각 연결될 수 있으며, 각각의 오리피스(30)는 폴리머 용융물, 폴리머 용액 또는 액체 접착제의 상이한 저장소에 연결될 수 있다. 또한, 다수의 방사구(28)를 갖는 실시예에서, 각각의 방사구(28)는 상이한 폴리머 용융물, 폴리머 용액 또는 액체 접착제를 배출할 수 있다. 미세 섬유 피착 동안, 방사구(28)는 적어도 2500 rpm에서 회전할 것이다. 보다 전형적으로, 방사구(28)는 적어도 5000 rpm에서 회전할 것이다.
피착 스테이션(26)의 몇몇 선택적인 특징이 도 3에 도시되어 있다. (비록 미세 섬유(18)가 도 3에서 짧은 섬유로서 개략적으로 도시되어 있지만) 일반적으로, 미세 섬유(18)는 연속 섬유이다. 미세 섬유(18)는 독립적으로 또는 서로 연계하여 작동할 수 있는 다양한 메커니즘을 통해 텍스타일 층(12) 상에 수집되도록 하향 촉진될 수 있다. 예를 들어, 일부 실시예에서, 화살표(34)로 도시된 하향 가스 유동을 유도하도록 가스 유동 시스템(32)이 제공될 수 있다. 가스 유동 시스템(32)은 또한 피착 스테이션(26) 내에서 상이한 방향으로 가스 유동을 유도하도록 제어될 수 있는 측방향 가스 유동 제트(36)를 포함할 수 있다. 또한, 일부 실시예에서, 미세 섬유(18)의 형성은 섬유에서 양 또는 음의 정전기 전하를 유도할 것이다. 이 정전기 전하는 전자방사에서와 같이 원하는 두께로 섬유를 연조하는 데 사용되지 않는다. 그럼에도 불구하고, 대전된 섬유(18)를 텍스타일 층(12)으로 하향 유인하기 위해 정전기 판(38)이 사용될 수 있다. 따라서, 도 3에서 볼 수 있는 바와 같이, 정전기 판(38)은 이동하는 텍스타일 층(12) 아래에 위치된다. 또한, 일부 실시예에서, 피착 스테이션(26)의 저부에 진공 시스템(40)이 제공되어 미세 섬유(18)가 이동하는 텍스타일 층(12) 상에 수집되도록 추가로 촉진한다. 또한, 일부 실시예에서, 출구 팬(42)은 포스스피닝 프로세스 중에 용매 증발 또는 물질 기화의 결과로서 발생할 수 있는 것 같은 발생할 수 있는 임의의 가스를 배기하도록 제공된다.
미세 섬유(18)는 텍스타일 층(12)에 결합되어 멤브레인 층(14)을 형성한다. 미세 섬유(18)는 다양한 방식으로 텍스타일 층(12)에 결합될 수 있다.
일 실시예에서, 미세 섬유(18)는 결합제 섬유(44)를 사용하여 텍스타일 층(12)에 결합된다. 일반적으로, 결합제 섬유(44)는 미세 섬유(18)보다 낮은 용융 온도 또는 낮은 연화 온도를 갖는다. 따라서, 텍스타일 층(12), 미세 섬유(18) 및 결합제 섬유(44)의 조합은 결합제 섬유(44)의 용융 또는 연화 온도로 가열되어 미세 섬유(18)를 텍스타일 층(12)에 결합하고, 이는 멤브레인 층(14)을 형성할 수 있다.
특정 실시예에서, 결합제 섬유(44)는 미세 섬유(18) 이전에 또는 그와 동시에 텍스타일 층(12) 상에 피착된다. 그러나, 바람직하게는, 결합제 섬유(44)는 텍스타일 층(12)에 대한 멤브레인 층(14)의 보다 양호한 부착을 용이하게 하기 위해 미세 섬유(18)를 피착시키기 전에, 적어도 부분적으로(예를 들어, 섬유가 피착의 결과로서 섞이고 및/또는 중첩됨) 텍스타일 층(12) 상에 먼저 피착된다. 결합제 섬유(44)는 미세 섬유(18)와 동일한 피착 스테이션(26)에서 또는 풀림 스테이션의 하류 및 피착 스테이션(26)의 상류의 결합제 섬유(44) 피착 스테이션(46)에서 피착될 수 있다. 결합제 섬유(44)가 미세 섬유(18)와 동일한 피착 스테이션(26)에서 텍스타일 층(12) 상에 피착되는 일 실시예에서, 섬유는 미세 섬유 방사구(28)의 상류의 결합제 섬유 방사구(28)에 의해 피착된다. 결합제 섬유, 미세 섬유, 결합제 섬유 및 그후 미세 섬유의 순서는 일련의 4개 이상의 방사구와 직렬로 이루어질 수 있다.
특정한 실시예에서, 결합제 섬유(44)는 고융점 성분 및 저융점 성분을 갖는 다중-성분 섬유이다. 다중-성분 섬유를 형성하는 방법은 예를 들어 미국 특허 번호 5,162,074에 개시되어 있으며, 그 개시내용은 그 전체가 본 명세서에 통합된다. 이러한 실시예에서, 고융점 성분은 저융점 성분의 용융 온도보다 적어도 10℃ 높은 용융 온도를 갖는다.
대부분의 실시예에서, 적합한 결합제 섬유(44)는 코-폴리에스테르, 코-폴리아미드, 폴리올레핀, 열가소성 폴리우레탄 및 플루오로폴리머를 포함한다.
바람직하게는, 결합제 섬유(44)가 되도록 선택된 폴리머 또는 폴리머들은 100 내지 300℃의 용융 온도를 갖는다. 또한, 특정 실시예에서, 결합제 섬유(44)는 10㎛ 미만의 평균 직경을 갖는다. 보다 통상적으로, 결합제 섬유(44)는 200㎚ 내지 2,000㎚의 평균 직경을 가질 것이다. 또한, 결합제 섬유(44)는 결합제 섬유(44)가 4 내지 40g/㎡의 평량 커버리지를 갖게 되도록 하는 양으로 피착될 것이다.
미세 섬유(18)(즉, 성능 섬유) 및 결합제 섬유(44)는 함께, 일 실시예에서, 멤브레인 층(14)의 65 내지 90wt%를 포함하는 미세 섬유(18) 및 멤브레인 층(14)의나머지 10 내지 35wt%를 포함하는 결합제 섬유(44)를 갖는 멤브레인 층(14)을 형성한다. 따라서, 더 많은 성능 섬유가 멤브레인 층(14)을 구성할 수 있다.
결합제 섬유(44) 및 미세 섬유(18)가 텍스타일 층(12) 상에 피착된 후, 열적 결합 단계가 수행되고, 여기서, 결합제 섬유(44)가 적어도 부분적으로 용융되거나 유리 전이점(즉, 연화점) 부근에 도달하도록 가열되어 미세 섬유(18)의 텍스타일 층(12)에 대한 접착을 용이하게 한다. 도 3에 도시된 실시예에서, 열적 결합 단계(47)는 고온 캘린더링 롤(48)의 세트를 사용하여 수행된다. 다른 실시예에서, 하나보다 많은 세트의 캘린더링 롤(가열되거나 가열되지 않음)이 사용될 수 있다. 다른 실시예에서, 열적 결합 단계(47)는 오븐(50)에서 수행될 수 있다. 또한, 캘린더링 및/또는 고온 캘린더링은 도 3 및 도 4에 도시된 바와 같은 오븐 가열 단계와 연계하여 수행될 수 있다.
다른 실시예에서, 미세 섬유(18)는 텍스타일 층(12)에 직조된 결합제 섬유를 사용하여 텍스타일 층(12)에 결합된다. 따라서, 텍스타일 층(12)이 풀림 스테이션(24) 상에 로딩될 때, 결합제 섬유는 이미 텍스타일 층(12) 상에 존재한다. 따라서, 텍스타일 층(12)은 미세 섬유 피착 스테이션(26)으로 반송되고, 여기서 미세 섬유(18)는 텍스타일 층(12) 상에 피착된다. 이전의 실시예에서와 같이, 피착된 미세 섬유(18)를 갖는 텍스타일 층(12)은 하나 이상의 세트의 고온 캘린더링 롤 및/또는 오븐의 조합으로 구성된 열적 결합 스테이션(47)으로 반송된다. 거기에서 결합제 섬유는 접착을 용이하게 하기 위해 이들이 적어도 부분적으로 용융되거나 유리 전이점 부근에 도달하는 지점까지 가열된다.
이 실시예에서, 결합제 섬유(저융점 성분)는 미세 섬유 및 다른 텍스타일 층(12) 섬유(고융점 성분) 양쪽보다 낮은 용융 또는 연화 온도를 갖는다. 바람직하게는, 고융점 성분은 저융점 성분의 용융 온도보다 적어도 10℃ 높은 용융 또는 연화 온도를 갖는다. 이 실시예에서, 텍스타일 층으로 직조하기 위한 적합한 결합제 섬유는 코-폴리에스테르, 코-폴리아미드, 폴리올레핀, 열가소성 폴리우레탄 및 플루오로폴리머를 포함한다.
또 다른 실시예에서, 미세 섬유(18)는 핫 멜트 또는 접착제(52)를 사용하여 텍스타일 층(12)에 결합된다. 도 1c는 접착제 스트립(52)을 갖는 복합 텍스타일 페브릭(10)을 도시한다. 이러한 실시예에서, 결합제 피착 스테이션(54)은 미세 섬유 피착 스테이션(26)의 상류 및 풀기 스테이션(24)의 하류에 제공된다. 핫 멜트는 다양한 적합한 핫 멜트 중 임의의 것일 수 있다. 또한, 접착제는 고체 접착제 또는 물 기반 접착제 및 용매 기반 접착제를 포함하는 액체 접착제일 수 있다. 적합한 핫 멜트 및 접착제는 폴리우레탄 핫 멜트, 아크릴 에멀젼, 용매계 폴리우레탄, 폴리올레핀 핫 멜트 및 폴리에스테르 핫 멜트를 포함한다.
이 실시예의 특정 구성에서, 핫 멜트 또는 접착제는 미세 섬유를 동시에 형성 및 피착시키는 제2 방사구(28)의 상류에서, 도 3의 제1 방사구(46)와 같은 제1 방사구를 사용하여 피착된다. 또 다른 특정 구성에서, 각 방사구는 미세 섬유 및 핫 멜트 또는 접착제를 동시에 피착시킨다. 전형적으로, 핫 멜트 또는 접착제는 부착 위치를 제공하기 위해 텍스타일의 면의 10% 내지 30%에 걸쳐 피착될 것이다. 텍스타일의 면의 나머지는 텍스타일 페브릭 복합체(10)의 통기성을 개선시키기 위해 접착제 없이 유지된다.
이 실시예의 또 다른 특정 구성에서, 핫 멜트 또는 접착제는 그라비어 롤(56) 또는 스크린 인쇄를 사용하여 결합제 피착 스테이션(54)에서 텍스타일 층(12) 상에 인쇄된다. 도 4에 도시된 바와 같이, 그라비어 롤(56)은 미세 섬유 피착 스테이션(26)의 상류에 위치한다. 통상적으로, 그라비어 롤(56)은 텍스타일 층(12) 상에 2 내지 20g/㎡의 접착제를 피착시킬 것이다. 보다 통상적으로, 그라비어 롤(56)은 텍스타일 층(12) 상에 6 내지 15g/㎡의 접착제를 피착시킬 것이다.
핫 멜트 또는 접착제를 사용하는 실시예에서, 핫 멜트 또는 접착제는 다양한 방식으로 미세 섬유(18)를 텍스타일 층(12)에 결합하도록 활성화될 수 있다. 예를 들어, 핫 멜트 또는 접착제(52)는 캘린더링 롤(58), 고온 캘린더링 롤(48) 및/또는 오븐(50)을 사용하여 활성화될 수 있다. 다른 실시예에서, 핫 멜트 또는 접착제는 가열, 자외선 광, 가시 광, 습기 또는 이 모두의 조합을 사용하여 활성화될 수 있다.
추가적인 실시예에서, 텍스타일 복합체(10)는 멤브레인 층(14) 및 텍스타일 층(12)에 결합된 보호 층(16)을 더 포함한다. 보호 층(16)은 직조된 페브릭, 편조된 페브릭 및 양모 페브릭과 같은 다른 텍스타일일 수 있다. 도 4에 도시된 바와 같이, 보호 층은 피착 스테이션(26)의 하류 및 열적 결합 스테이션(47)의 상류의 제2 풀림 스테이션(60)에 저장된다. 이러한 방식으로, 보호 층(16)은 미세 섬유(18)를 텍스타일 층(12)에 결합시키는데 사용된 것과 동일한 기계를 사용하여 동시에 적층될 수 있다. 이는 분리로부터 멤브레인을 보호하기 위해 의류 제품의 최외측 표면으로서 사용될 수 있다. 충분한 결합제가 사용되면, 보호 층을 도포할 필요가 없으며, 따라서, 선택적인 것으로 고려된다. 또한, 멤브레인 층은 보호된 위치에 있도록 의류 제품 내에 배열될 수 있다.
모든 실시예에서, 복합 텍스타일 페브릭(10)은 보호 층(16)을 포함하든 그렇지 않든 간에 도 3에 도시된 제조 라인(20) 및 도 4에 도시된 제조 라인(20')의 최하류 단부에서 재권취 스테이션(62)에서 권취된다.
바람직하게는, 복합 텍스타일 페브릭(10)은 도 5에 도시된 바와 같이 의복(64) 또는 의류 제품으로 형성된다. 스키 재킷(66), 장갑, 윈드브레이커 등과 같은 의복(64)은 본 발명의 방법에 따라 제조된 복합 텍스타일 페브릭(10)로부터 이익을 얻도록 계획된다. 도 1d에 도시된 바와 같이, 재킷, 장갑 등에 대해, 멤브레인 층(14)은 안감 재료, 단열 솜(68) 및/또는 적층된 보호 층(16)으로 더 보호될 수 있다. 예를 들어, 나노 섬유 멤브레인은 더 적은 결합제로부터 이익을 얻을 수 있고, 반드시는 아니지만, 통상적으로, 멤브레인이 의류 제품의 내부 표면 상에 있을 때에는 적층된 보호 층(16)이 없다(도 1d 참조).
본 명세서에 인용된 공보, 특허 출원 및 특허를 포함하는 모든 참조문헌은 각각의 참조문헌이 개별적으로 및 구체적으로 참조로 통합되어 그 전문이 본 명세서에 기재된 것과 동일한 정도로 참조로 통합되어 있다.
본 발명을 설명하는 문맥에서(특히 이하의 청구항의 문맥에서) 부정관사 및 정관사와 유사한 지시자의 사용은 본 명세서에 달리 나타나 있거나 문맥상 명백히 상충되지 않는 한 단수 및 복수를 포괄하는 것으로 해석되어야 한다. 용어 "포함하는", "갖는", "내포하는" 및 "함유하는"은 다른 언급이 없는 한, 개방단 용어(즉, "포함하지만 이에 한정되지 않는"을 의미함)로 해석되어야 한다. 본 명세서에서 값의 범위를 기재한 것은 본 명세서에서 달리 지시되지 않는 한, 단지, 범위 내에 속하는 각각의 개별 값을 개별적으로 언급하는 것의 약식 방법의 역할을 하도록 의도되며, 각각의 개별 값은 본 명세서에서 개별적으로 인용된 것처럼 명세서에 통합된다. 본 명세서에 설명된 모든 방법은 본 명세서에서 달리 지시되거나 달리 문맥상 명백히 상충되지 않는 한 임의의 적합한 순서로 수행될 수 있다. 본 명세서에서 제공된 임의의 및 모든 예 또는 예시적인 언어(예를 들어, "와 같은")의 사용은 달리 청구되지 않는 한, 단지 본 발명을 보다 잘 나타내기 위한 것이며 본 발명의 범위를 제한하지 않는다. 명세서에서 어떠한 언어도 임의의 청구되지 않은 요소를 본 발명의 실시에 필수적인 것으로 나타내는 것으로 해석되어서는 안된다.
본 발명의 바람직한 실시예는 본 발명을 수행하기 위해 발명자에게 공지된 최선의 형태를 포함하여 본 명세서에 설명된다. 이들 바람직한 실시예의 변형은 전술한 설명을 읽음으로써 통상의 숙련자에게 자명해질 수 있다. 발명자는 숙련된 기술자가 그러한 변형을 적절하게 사용할 것을 기대하며, 발명자는 본 발명이 본 명세서에 구체적으로 설명된 것과 다르게 실시되는 것을 의도한다. 따라서, 본 발명은 적용 가능한 법률에 의해 허용되는 바에 따라 본 명세서에 첨부된 청구의 범위에 기재된 주제의 모든 변형 및 균등물을 포함한다. 또한, 본 명세서에서 달리 지시되거나 문맥에 의해 명확하게 상충되지 않는 한, 그 모든 가능한 변형에서 앞서 언급된 요소의 임의의 조합이 본 발명에 포함된다.

Claims (41)

  1. 복합 텍스타일 페브릭의 제조 방법이며,
    텍스타일 상에 미세 섬유를 동시에 형성 및 피착시키는 단계로서, 텍스타일은 직조된 페브릭, 편조된 페브릭 또는 양모 페브릭 중 적어도 하나이고, 미세 섬유는 1.2㎛ 미만의 평균 직경을 갖는, 단계; 및
    미세 섬유를 결합시켜 텍스타일 상에 멤브레인 층을 형성하는 단계를 포함하는, 방법.
  2. 제1항에 있어서, 멤브레인 층은 ISO 811에 의해 측정된 적어도 2.5 m W.C.의 내수성을 텍스타일에 제공하는, 방법.
  3. 제1항에 있어서, 복합 텍스타일 페브릭이 5" 미만의 드레이프(외팔보 강성도 시험에 따라 측정됨)를 갖는, 방법.
  4. 제1항에 있어서, 방사구를 적어도 2500 rpm의 속도로 회전시키면서 적어도 하나의 방사구 내의 오리피스를 통해 폴리머 용융물 또는 폴리머 용액 중 적어도 하나를 포함하는 액체 폴리머를 원심 배출하여 미세 섬유를 포스-스피닝하는 단계, 및
    원심력을 통해 그리고 전자방사력이 없는 상태에서 미세 섬유의 섬유 직경을 연조하는 단계를 더 포함하는, 방법.
  5. 제4항에 있어서,
    텍스타일의 연장물을 복수의 스테이션을 통해 반송하도록 구성된 반송 기구를 갖는 제조 라인 상에서 상기 방법을 수행하는 단계로서, 상기 복수의 스테이션은
    텍스타일의 교체 가능한 롤을 갖는 풀림기를 포함하는 풀림 스테이션,
    적어도 하나의 방사구를 포함하는 미세 섬유 피착 스테이션, 및
    복합 텍스타일 페브릭의 롤을 포함하는 재권취 스테이션을 포함하는, 단계; 및
    풀림 스테이션으로부터 피착 스테이션을 통해 재권취 스테이션으로 텍스타일을 순차적으로 반송하는 단계를 더 포함하는, 방법.
  6. 제5항에 있어서, 캘린더 롤 및 가열 오븐 중 적어도 하나를 포함하는 결합 스테이션을 더 포함하며, 결합 스테이션은 피착 스테이션의 하류 및 재권취 스테이션의 상류에 있는, 방법.
  7. 제5항에 있어서, 핫 멜트, 접착제 및 저융점 성분 섬유 중 적어도 하나를 피착 또는 인쇄하는 결합제 피착 스테이션을 더 포함하며, 결합제 피착 스테이션은 풀림 스테이션의 하류 및 미세 섬유 피착 스테이션의 상류에 있는, 방법.
  8. 제1항에 있어서, 미세 섬유는 열가소성 폴리우레탄, 폴리테트라플루오로에틸렌, 폴리비닐리덴 플루오라이드, 플루오로폴리머, 폴리에스테르, 폴리아미드, 폴리페닐렌 설파이드, 폴리올레핀, 플루오로엘라스토머, 폴리이미드 및 폴리아라미드로 이루어진 그룹으로부터 선택되는, 방법.
  9. 제8항에 있어서, 복합 텍스타일 페브릭에는 소수성 처리, 소유성 처리 또는 둘 모두가 이루어지는, 방법.
  10. 제1항에 있어서, 텍스타일 상에 결합제 섬유를 동시에 형성 및 피착시키는 단계를 더 포함하며, 텍스타일에 대한 미세 섬유의 소결 또는 용융 결합 접착을 용이하게 하도록 피착 이후 가열하는 단계를 더 포함하는, 방법.
  11. 제10항에 있어서, 결합제 섬유는 고융점 성분 및 저융점 성분을 갖는 다중-성분 섬유이며, 고융점 성분은 저융점 성분의 용융 온도보다 적어도 10℃ 높은 용융 온도를 갖고,
    결합제 섬유는 코-폴리에스테르, 코-폴리아미드, 폴리올레핀, 열가소성 폴리우레탄 및 플루오로폴리머로 이루어진 그룹으로부터 선택되는, 방법.
  12. 제10항에 있어서, 미세 섬유 및 결합제 섬유가 멤브레인 층을 형성하고, 중량 백분율로, 미세 섬유는 멤브레인 층의 65% 내지 90%를 포함하고 그리고 결합제 섬유는 멤브레인 층의 10% 내지 35%를 포함하는, 방법.
  13. 제10항에 있어서, 텍스타일에 대한 멤브레인 층의 보다 양호한 부착을 용이하게 하기 위해 미세 섬유를 피착시키기 전에 적어도 부분적으로 먼저 텍스타일 상에 결합제 섬유를 피착시키는 단계를 더 포함하는, 방법.
  14. 제1항에 있어서, 텍스타일은 고융점 성분 및 저융점 성분을 포함하는 다수의 폴리머를 포함하며, 고융점 성분은 저융점 성분의 용융 온도보다 적어도 10℃ 높은 용융 온도를 갖는, 방법.
  15. 제14항에 있어서, 결합 단계는 접착을 용이하게 하기 위해 저융점 성분이 적어도 부분적으로 용융되거나 유리 전이점 부근에 도달하도록 가열되는 열적 결합 단계를 포함하는, 방법.
  16. 제1항에 있어서, 미세 섬유의 형성 및 피착 이전에 텍스타일 상에 접착제 또는 핫 멜트를 피착시키는 단계를 더 포함하는, 방법.
  17. 제16항에 있어서, 상기 접착제를 피착시키는 단계는 미세 섬유를 동시에 형성하고 피착시키는 제2 방사구의 상류에 있는 제1 방사구를 사용하여 수행되는, 방법.
  18. 제16항에 있어서, 접착제를 피착시키는 단계는 텍스타일 페브릭 복합체에서 통기성을 개선하기 위해 텍스타일의 면의 10% 내지 30%를 덮는 접착제 부착 위치를 형성하고 텍스타일의 면의 나머지를 접착제 없이 남겨두는 단계를 포함하는, 방법.
  19. 제16항에 있어서, 접착제를 피착시키는 단계는 그라비어 롤을 사용하여 텍스타일 상에 접착제를 2 내지 20g/㎡로 인쇄하는 단계를 포함하는, 방법.
  20. 제1항에 있어서, 멤브레인 층이 0.001 내지 0.01"의 캘리퍼 두께를 포함하는 방법.
  21. 제1항에 있어서, 텍스타일은 다음의 특성:
    0.004 내지 0.10"의 캘리퍼 두께,
    10 내지 500 데니어의 얀 크기,
    적어도 8,000g/㎡/d의 수증기 투과율(ISO 15496에 따라 측정됨),
    0.5" W.C.에서 적어도 2 CFM/ft2의 공기 투과도(ASTM D737에 따라 측정됨),
    적어도 20 세척 사이클의 세탁성, 및
    2" 미만의 드레이프(외팔보 강성도 시험에 따라 측정됨)를 갖는, 방법.
  22. 제1항에 있어서, 멤브레인 층을 포함하는 텍스타일 복합체는 다음의 특성:
    0.005 내지 0.110"의 캘리퍼 두께,
    적어도 4,000g/㎡/d의 수증기 투과율(ISO 15496에 따라 측정됨),
    0.1 내지 5㎛의 평균 공극 크기,
    0.5" W.C.에서 적어도 0.05 CFM/ft2의 공기 투과도(ASTM D737에 따라 측정됨),
    적어도 20 세척 사이클의 세탁성, 및
    5" 미만의 드레이프(외팔보 강성도 시험에 따라 측정됨)를 갖는, 방법.
  23. 제1항에 있어서, 텍스타일 복합체는 멤브레인 층 및 텍스타일에 결합된 보호 층을 더 포함하고, 보호 층은 제2 텍스타일이며, 제2 텍스타일은 직조된 페브릭, 편조된 페브릭 및 양모 페브릭 중 적어도 하나인, 방법.
  24. 제1항에 있어서, 복합 텍스타일 페브릭을 적어도 하나의 의류 제품으로 형성하는 단계를 더 포함하는, 방법.
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